精密導線測量技術在鄭州市軌道交通2號線中的應用

狄鋼

(鄭州市規劃勘測設計研究院，河南 鄭州 450052)

1 工程概況

鄭州市軌道交通2 號線起始于惠濟區政府，經過開元路、花園路、紫荊山、花寨路終至于向陽路，全長26.7 km，共設車站21 座，平均站間距1.3 km，線路經過鄭州市城區目前南北最長的交通大動脈花園路—紫荊山路，連接至管城區南部，沿線分別與其他規劃的5條軌道線路相交，全線1/3 位于主城區，車流量達，道路兩邊高樓林立，給測量帶來很大困難。

2 精密導線網的特點

2.1 整網布設，集中觀測

精密導線是直接為地鐵施工服務的，因此點位間的相對精度要求很高，這一特點就要求精密導線的觀測需要進行集中地整網布設和觀測，最好是在工程開工建設前進行觀測，這樣受工程施工的影響會少一些［1］。

2.2 導線的選點、埋石工作難度大

精密導線網作為軌道二級加密網，雖然其導線設計不太復雜，但作為導線點的選定和埋石卻不是件簡單的事。導線點選點既要考慮軌道施工的需要和導線的基本要求，還要顧及點位在實地位置及標志埋設的可能性及可保存性。同時，導線在實地選定和埋設，要求作業人員能夠對城市軌道交通工程測量規范靈活運用，并且具備良好的協調溝通能力。

2.3 導線的觀測精度要求高

精密導線的測量技術要求與國家和城市測量規范的四等導線基本一致，主要是縮短了導線的長度與導線邊長，提高了點位精度［2］。這一特點決定了施測合格的精密導線時，除了選調精細熟練的作業員和高精度的測量儀器外，還必須十分注重觀測中儀器及棱鏡對點器的檢校;對于城區繁華地帶，盡力縮短觀測時間和減少汽車尾氣對觀測的影響。

3 精密導線網的布設

精密導線點直接服務于軌道交通工程施工，點位要盡量沿軌道線路布設，以方便施工的需要，一般布設成附合導線、多邊形閉合導線或結點網形式，具體布設形式要結合現場實際情況合理運用這三種導線形式，體現精密導線靈活多變的特點［3］。

根據軌道交通2 號線首級GPS 控制網的點位通視情況以及2 號線沿線地面與建筑物上GPS 點的通視情況，經過圖上選點和實地踏勘，反復比較，最終2號線精密導線網布設精密導線點102 座，實際設置了11 個結點，全網由3 條結點導線網和2 條附合導線構成。由于2 號線沿線絕大部分為現狀道路，因此精密導線點大部分沿現狀道路布設，既易于標石的埋設與保護，也便于觀測。布網圖形如圖1所示。

4 精密導線點標石的埋設

精密導線標石的制作和埋設嚴格按《城市軌道交通工程測量規范》的要求實施。精密導線標石埋設工作非常艱難，遇到許多問題。

4.1 管理部門多

道路上施工需要經過市政、執法、交警等多個部門的批準，前期需要辦理的手續煩瑣。

圖1 軌道2 號線精密導線網布設略圖

4.2 埋設難度大、造價高

2 號線沿線道路多為剛剛改造過的精品街，大理石路面下有很厚的水泥層，水泥層下有較堅硬的三七土層，開挖難度大，為此新購買了發電機、鉆機等設備，輔助開挖。埋設時以精品街改造統一的電纜井式樣重做護井和護蓋，造價很大。

4.3 施工難度大

主城區道路下管線縱橫，鄭州市又缺乏精準的地下管網圖，為避免施工中觸及地下電力電纜等管線造成重大安全事故，規定施工中慎重使用電力鉆機，除切開硬化路面和淺表層外，其他均以人工開鑿。

5 精密導線網的外業觀測

由于精密導線點均位于城市道路的兩側，外業觀測時受陽光、行人及汽車尾氣的影響很大，尤其是汽車尾氣的影響最大。為此部分繁華測段外業觀測時，選擇在晚上10 時以后，受道路上汽車及行人的影響少，工作效率高。本次精密導線觀測使用瑞士Leica TCR1201 全站儀，其標稱精度為:測角中誤差±1″，測距精度(1+1.5 PPm)。

5.1 精密導線水平角觀測

(1)測量儀器須經過檢定并合格有效，除按規定到國家法定測繪儀器檢定機構進行檢定外，還要對全站儀及前后棱鏡基座的對點器進行檢校，以確保儀器整平對中的精度，而這項誤差對于高精度測量是不可忽視的［4］。

(2)到達測站后應立即打開攜帶的溫度計、氣壓表，置于通風良好避免日光直射的地方，待氣壓表和溫度表和周圍溫度一致后，記錄氣象數據。

(3)測站點上只有兩個方向時，水平角觀測宜左、右角各2 個測回觀測，左、右角平均值之和與360°的較差小于4″;當方向數多于3 個時宜采用方向觀測法觀測4 個測回，測回間方向值之差小于6″。

(4)前后視邊長相差較大，觀測需要調焦時，宜采用同一方向正倒鏡觀測法，此時一測回中不同方向可不考慮2C 較差的限差。

(5)關于用于改平計算的垂直角觀測的精度及方法，軌道規范沒有明確，可執行現行城市測量規范要求。對于鄭州市軌道交通2 號線中不與建筑物上的GPS 點發生關系的邊長，其垂直角按中絲一測回測量即可;對于與建筑物上的GPS 點相連的邊長，其垂直角按中絲二測回測量，垂直角測回差和指標差較差均不得大于7″。

5.2 精密導線邊長觀測

精密導線邊長測量在成像清晰、氣象條件穩定時進行。

(1)邊長測量采用往返測量方式，單程觀測2 測回，每測回照準目標1 次、讀數4 次。

(2)測距時應讀取溫度和氣壓，測前測后各讀取一次，取平均值作為測站的氣象數據。溫度讀至0.2℃，氣壓讀至50 Pa。

(3)測距時讀取斜距和垂直角，不采用全站儀直接讀取平距的方法。平距采用下列公式計算:

采用上述公式計算的最大好處在于所計算的平距值幾何意義明確，與后續將要計算的測距邊的高程歸化和投影改算相統一。

5.3 精密導線三角高程測量

三角高程測量的目的是為了導線邊長投影計算的需要，高程起算點均為不低于三等水準的高程點，精密導線間高差的測定和精密導線邊長的測定同時進行，分別在農業路站、航海路站附近水準網高程控制點聯測［5］。

6 數據處理

(1)斜距觀測值須進行加、乘常數改正、周期誤差改正、氣象改正。

(2)經改平計算的往返平距平均值需要經過高程歸化和投影改算才能成為最終參與平差計算邊長值。測距邊的高程歸化按下式計算［6～10］:

測距邊在高斯投影面上長度D 按下式計算:

(4)精密導線網平差計算采用武漢大學研制的COSA 數據處理系統進行整網嚴密平差，沿線通視的GPS 點可作為起算點。

7 精密導線測量精度評定

軌道2 號線精密導線數據處理后的驗后測角中誤差為±1.6″，小于規范規定的2.5″的限差要求，導線點的點位中誤差平均值為±4.4 mm，最弱點的點位中誤差為±11.1 mm，導線相鄰點的相對點位中誤差平均值為±3.0 mm，最大值為±4.8 mm，均小于規范的限差要求，其主要精度指標如表1所示。

表1 軌道交通2 號線精密導線平差主要精度指標統計

8 與銜接線路控制點的聯測

鄭州市軌道交通1、2 號線在紫荊山立交橋相交，為檢核1、2 號線精密導線網的一致性，本次軌道2 號線精密導線網布設時，特意重合了軌道1 號線的精密導線控制點25 號點，現將兩條線路重合點的坐標較差如表2所示。

表2 軌道1、2 號線精密導線網重合點坐標較差比較

從表2可看出，重合點坐標較差小于規范要求，達到了設計要求。

9 體會及建議

(1)軌道交通精密導線作為二級加密網，雖然其導線設計不太復雜，導線點的選定和埋石時需要多方溝通、多方協商才能獲得滿意的點位。

(2)城市繁華地帶的精密導線的測量工作受外界環節影響很大，尤其是汽車尾氣的影響。因此對于城區繁華地帶，盡力縮短觀測時間和減少汽車尾氣對觀測的影響是確保測角質量的關鍵，必要時，采用夜間觀測是一個較好的選擇。

(3)通過本次軌道2 號線精密導線測量的摸索和總結，對精密導線選點、測量方法進行改進和優化，取得了較好的成果，對以后鄭州市軌道交通精密導線測量提供了較好的借鑒作用。

［1］何曉輝．地鐵地面精密導線測量［J］．隧道建設，2008(3):362～364．

［2］CJJ/T 8－2011．城市測量規范［S］．

［3］GB50308－2008．城市軌道交通工程測量規范［S］．

［4］馬全明．城市軌道交通工程精密施工測量技術的應用與研究［J］．測繪通報，2010(11):41～45．

［5］劉邊達，徐順明．精密導線測量在廣州地鐵二號線北延段的應用［J］．山西建筑，2008，34(4):348～349．

［6］付子傲，包歡．全站儀檢定中測距常數有關問題的探討［J］．中國計量，2007 (1):61～62．

［7］徐順明，陳煥然．精密導線測量在廣州地鐵珠江新城線的應用［J］．基建優化，2006，27(5):118～121．

［8］王曉兵，李淑娟，馬震等．青島地鐵控制測量中的邊長改化［J］．城市勘測，2013(5):125～126．

［9］胡朝輝．深圳地鐵控制測量中的邊長改化［J］．地理空間信息，2007，5(3):107～108．

［10］周志鴻．淺談測距邊長改化在地鐵R2 線(機場段)精密導線測量中的運用［J］．城市道橋與防洪，2009(8):127～129．